Silice
Général
Nom IUPAC	Dioxyde de silicium
No CAS	silice amorphe 7631-86-9 fondue 60676-86-0 quartz 14808-60-7 1343-98-2
No EINECS	silice amorphe 262-373-8; 231-545-4
PubChem	24261
SMILES
InChI
Apparence	poudre de couleur blanche
Propriétés chimiques
Formule brute	O2SiSiO2
Masse molaire[1]	60, 0843 ± 0, 0009 g·mol-1 O 53, 26 %, Si 46, 74 %,
Propriétés physiques
T° fusion	1 650 °C (±75 °C)
T° ébullition	2 230 °C
Solubilité	0, 12 g·l-1 (eau)
Masse volumique	2, 2 solide
Précautions
SIMDUT[4], [5], [6]
Silice amorphe : Produit non contrôlé Silice précipitée : Produit non contrôlé Silice fondue : Produit non contrôlé
Classification du CIRC
Groupe 1 : Cancérogène pour l'homme[2] (Silice cristalline inhalée sous forme de quartz ou de cristobalite de source professionnelle) Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l'Homme[3] (Silice amorphe)
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

La silice est constituée de dioxyde de silicium, un composé chimique qui entre dans la composition de nombreux minéraux ; sa formule est SiO₂.

La silice existe à l'état libre sous différentes formes cristallines ou amorphes ainsi qu'à l'état combiné dans les silicates, les groupes SiO₂ étant alors liés à d'autres atomes (Al : Aluminium, Fe : Fer, Mg : Magnésium, Ca : Calcium, Na : Sodium, K : Potassium... ).

Les silicates sont les constituants principaux du manteau et de l'écorce terrestre. La silice libre est aussi particulièrement abondante dans la nature, sous forme de quartz, de calcedoine et de terre de diatomée. La silice représente 60, 6 % de la masse de la croûte terrestre continentale^[7].

Propriétés

La silice pure se présente sous la forme d'un minéral dur et existe sous des formes variées dans la nature :

• principal constituant des roches sédimentaires détritiques (sables, grès), elle représente 27% de la croûte terrestre ;
• fréquente dans les roches métamorphiques ;
• fréquente dans les roches magmatiques : quartz dans les roches magmatiques acides, cristallisé ou amorphe dans les roches volcaniques.

La silice est un matériau transparent dans tout le domaine visible ce qui lui donne des applications intéressantes en optique. Cependant ses propriétés de transparence se perdent dans les domaines UV et infrarouge, ce qui impose l'usage d'autres matériaux pour travailler dans ces longueurs d'onde par exemple en spectromètrie infrarouge. Cet effet est mis à profit dans l'effet de serre où la lumière peut pénétrer mais dont les infrarouges ne peuvent sortir, d'où un échauffement ou, tout au moins, le maintien d'une température plus élevée qu'à l'extérieur sans chauffage.

La silice est un oxyde acide qui réagit avec les oxydes basiques pour donner des silicates (ions SiO₃^2-, analogue à l'ion carbonate et SiO₄^4- entre autres). La présence majoritaire de silicates fait du silicium le 2^e élément en masse dans la croute terrestre derrière l'oxygène.

La silice se présente soit sous forme de cristaux non-moléculaires constitués de motifs tétraédriques SiO₄ liés entre eux par les atomes d'oxygène de façon régulière, comme dans le quartz, soit sous forme amorphe, comme dans le verre.

La silice sert de matière première à l'obtention du silicium. Elle est réduite par carboréduction dans des fours à arc à plus de 2 000 °C suivant la réaction :

SiO₂ + 2C -> 2 CO + Si

La silice sert aussi de support isolant en électronique.

Applications

minéral	densité	indice de réfraction
silice fibreuse	1, 96	1, 40
mélanophlogite	2, 05	1, 42
verre de silice	2, 20	1, 46
tridymite	2, 26	1, 47
cristobalite	2, 33	1, 48
2, 50	1, 52
quartz	2, 65	1, 55
coésite	3, 0	1, 59
stishovite	4, 35	1, 78

Le verre de silice est de la silice non cristallisée utilisée dans la fabrication des instruments d'optique, d'appareils de laboratoire et de fibre de verre.

La silice est chimiquement stable et n'est guère attaquée que par l'acide fluorhydrique, réaction utilisée dans la gravure sur verre. Cette réaction empêche d'utiliser du verre de silice pour manipuler le fluor.

La silice se dissout particulièrement partiellement dans l'eau pure sous la forme de Si (OH) ₄ l'acide silicique (acide faible). La limite de solubilité étant de 0, 140 g·l^-1 à 25 °C. Cette solubilité augmente particulièrement fortement avec le pH (formation d'ion silicate, par la présence d'alcali dans une eau en bouteille), la température et la pression ; ainsi cette solubilité atteint 20 % dans l'eau supercritique à 500 °C et 1 000 bars.

Dans l'eau, l'acide silicique forme des suspensions colloïdales qui sont responsables de l'apparente opacité de l'eau quand elles sont présentes. C'est le cas dans l'eau des geysers comme celui de Geysir en Islande. Pour une concentration donnée en silice colloïdale, la couleur bleue est d'autant plus intense que l'eau est froide (la solubilité de Si (OH) ₄ est alors plus faible).

La silice est aussi l'un des meilleurs isolants électriques qui existe. Pour cette raison, elle est fréquemment utilisée sur des circuits électriques de silicium, simplement en oxydant les couches voulues.

Dans l'industrie alimentaire, la silice est quelquefois utilisée comme agent anti-agglomérant ou anti-mottant dans des denrées en poudre (sucre, sucre glace, épices... ).

En minéralogie

La silice cristallise sous plusieurs formes minérales selon la température et de la pression de cristallisation. Par température de fusion, voici les polymorphes de la silice :

• stishovite (p_f = 1 200 °C)
• Quartz (α ou β) (p_f = 1 650 °C)
• tridymite (p_f = 1 670 °C)
• calcédoine (p_f = 1 700 °C)
• cristobalite (p_f = 1 713 °C)

la silice hydratée

• l'opale

Il ne s'agit pas d'une espèce au sens strict du terme mais cette famille a une reconnaissance officielle par l'IMA^[8]

Elle se compose de trois espèces minérales bien différentes, la cristobalite, la tridymite et la silice amorphe hydratée.

Elle se décompose en 4 variétés

Opal-CT (la lussatite des francophones) composé de cristobalite-tridymite (d'où les deux lettre «C» et «T»)

Opal-C Est une forme qui est toujours à l'étude. Il semble que la base soit une cristobalite, présentant d'importantes anomalies de structures cristalline. Les différences sont assez franches pour la distinguer de la cristobalite, ; de même le terme cristobalite-microcristalline n'est pas encore prouvé.

Opal-AG C'est l'opale la plus connue ; constituée de microsphères de silice amorphe, associées à des molécules d'eau dans des proportion variable. La lettre «A» sert à désigner le caractère amorphe, la lettre «G» suggère que nous sommes en présence d'un gel.

Opal-AN (la hyalite des francophones). Forme amorphe (Lettre A) comme la précédente mais cette opale apparait dans les formations volcaniques, où les pegmatites déposent la silice à des températures élevées. La lettre «N» (normal) rappelle que la structure en réseau est plus proche de la silice mais il reste tout de même des molécules d'eau dans des proportions significatives.

Voir aussi

1. Masse molaire calculée selon Atomic weights of the elements 2007 sur www. chem. qmul. ac. uk
2. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, «Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 1 : Cancérogènes pour l'homme» sur http ://monographs. iarc. fr, CIRC, 16 janvier 2009. Consulté le 22 août 2009
3. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, «Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 3 : Inclassables quant à leur cancérogénicité pour l'Homme» sur http ://monographs. iarc. fr, CIRC, 16 janvier 2009. Consulté le 22 août 2009
4. «Silice amorphe» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
5. «Silice précipitée» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
6. «Silice fondue» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
7. (en) R. L. Rudnick (dir. ) et S. Gao, Treatise on Geochemistry, vol.  3 : The Crust, Elsevier, 2005 (ISBN 978-0-08-044847-3) [présentation en ligne], «Composition of the Continental Crust», p.  48, 53 
8. American Mineralogist 92 (2007) 1325.

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